• پنجشنبه ۲۱ آذر ۱۳۹۸
  • |

آمار سایت

  • تمام بازديد‌ها: 1689259 بازدید
  • بازديد 24 ساعت قبل: 2322 بازدید
  • مهمانان حاضر در زیرپورتال: 17 کاربر
  • کاربران حاضر در زیرپورتال:0 کاربر

ورود به سایت

داده های فضایی در پایش منابع آب

 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۸/۶/۲۵ | 
مقدمه
با افزایش شهرنشینی و جمعیت شهرها و به تبع آن افزایش روز افزون تقاضا برای آب شرب، کشاورزی و صنعتی منجر به چالش‌های جدیدی در حوزه منابع تامین آب با کیفیت و عاری از آلودگی خواهد شد. همچنین گسترش لجام گسیخته فعالیت‌های انسانی مانند توسعه شهرک‌های صنعتی در حاشیه شهرها، ایجاد مراکز تفریحی و گردشگری در حاشیه رودخانه‌های اطراف شهرها، استفاده از انواع کود و سم در فعالیت‌های کشاورزی و ... کیفیت منابع آب سطحی و زیرزمینی را در معرض تهدید قرار داده است. از این رو ضرروریست بسترهای لازم جهت پایش و کنترل منظم پارامترهای تاثیرگذار بر کیفیت منابع آب مورد استفاده برای تامین آب شهرها ایجاد گردد.
تصاویر ماهواره‌ای به طور گسترده‌ای به عنوان منبع مکمل اطلاعات برای شبکه‌های پایش زمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد و در بسیاری موارد تنها منبع داده‌ای در دسترس هستند. امروزه سنجنده‌ های ماهواره‌ای قادر به اندازه‌گیری مستقیم و غیرمستقیم تقریباً همه اجزای چرخه هیدرولوژیکی شامل بارش، تبخیر، سطح دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، آب‌های سطحی، رطوبت خاک، برف و کل ذخیره آب (آب های سطحی و زیرسطحی) هستند. از این رو این سنجنده‌ها قادر به ارائه اطلاعات مهم در زمینه کنترل و نظارت بر منابع آب هستند. در جدول 1 انواع منابع داده مورد استفاده در بررسی و مطالعه منابع آب به صورت کلی آورده شده است.
جدول (1)- تقسیم‌بندی کلی انواع منابع داده مورد استفاده در بررسی و مطالعه کیفیت آب
 
پارامترهای سنجش از دوری مرتبط با کیفیت آب
کیفیت آب تحت تاثیر خصوصیات شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی آب است. شناسایی منابع آلودگی احتمالی که باعث کاهش کیفیت آب می شود از اهمیت بالایی برخوردار است. کاهش کیفیت منابع آب ممکن است ناشی از ورود زباله، سموم مبارزه با آفات، فلزات سنگین، مواد مغذی، میکروارگانیسم‌ها و رسوبات به منابع آب باشد. استانداردهای مختلف کیفیت آب برای کمک به بررسی میزان آلودگی آب و در نتیجه برای حفظ این استانداردهای کیفی تدوین شده است. متداول‌ترین پارامترهای کیفی آب که با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دوری قابل مطالعه و ارزیابی هستند به تفصیل در جدول 2 ذکر شده است.
جدول (2)- متغیرهای مرتبط با کیفیت آب
 
فناوری سنجش از دور، امکان مشاهده مکانی و زمانی پارامترهای مرتبط با کیفیت آب سطحی را فراهم می‌کند و به طور مؤثرتر و کارامدتری پهنه‌های آبی را تحت پایش قرار می‌دهد. بیشتر مطالعات سنجش از دوری بر روی متغیرهای نوری فعال، مانند کلروفیلa (chl-a)، کل مواد جامد معلق (TSS) و میزان کدربودن آب متمرکز شده است. متغیرهای کیفی مهمی مانند PH، میزان نیتروژن کل (TN)، نیتروژن آمونیاک (NH3-N)، نیتروژن نیترات (NO3-N) و فسفر محلول نیز کیفیت آب را تحت تاثیر قرار می‌دهد که در مطالعات و کاربردهای سنجش ازدوری به این متغیرها پرداخته نشده است که دلیل اصلی آن ویژگی های اپتیکی ضعیف این متغیرها و در نتیجه نسبت سیگنال به نویز پایین این متغیرها است.
 
نیازمندی‌ های داده‌ای
مدیریت منابع آب در بعد کلان، نیازمند منابع داده‌ای و اطلاعاتی فراوانی می‌باشد. جدول 3 نگاهی جامع به حوزه‌های کلی مرتبط با مدیریت منابع آب و محصولات و منابع داده‌ای مورد استفاده به صورت سنتی انداخته است.
جدول (3)- خلاصه‌ای از تصمیمات کلی مرتبط با مدیریت منابع آب و منابع داده موجود
 
منابع داده‌ای سنجش از دوری
طیف وسیعی از انواع تصاویر ماهواره‌ای برای مطالعات مرتبط با کیفیت منابع آب در دسترس می‌باشد و متناسب با نوع و ماهیت موضوع و وسعت منطقه مورد مطالعه بایستی سنجنده مناسب انتخاب گردد. در جدول 4 انواع سنجنده‌ های سنجش از دوری موجود با قابلیت استفاده در مطالعه کیفیت آب به براساس قدرت تفکیک مکانی آورده شده است.
جدول (4) - انواع سنجنده‌های سنجش از دوری موجود با قابلیت استفاده در مطالعه کیفیت آب
 
پتانسیل‌ها و ظرفیت‌های برنامه کوپرنیک اتحادیه اروپا
برنامه جامع کوپرنیک (Copernicus)، برنامه پایش ماهواره‌ای زمین اتحادیه اروپا است که توسط کمیسیون اروپا در همکاری با آژانس فضایی اروپا (ESA)، کشورهای عضو اتحادیه اروپا و سازمان های اتحادیه اروپا هماهنگ و مدیریت می شود. برنامه کوپرنیک در سال 2014 و در ادامه برنامه پایش زمین اتحادیه اروپا (GMES) تأسیس شد. این برنامه در ادامه پروژه 2.3 میلیون یورویی Envisat اروپا است که از ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۲ فعالیت داشت.
هدف اصلی کوپرنیک، دستیابی به ظرفیت پایش زمین در سطح جهان، به صورت مستمر، مستقل و با کیفیت بالا است. ارائه اطلاعات دقیق، دسترسی به موقع و آسان سبب می‌شود تا مدیریت محیط زیست بهبود یابد، درک و کاهش اثرات تغییرات اقلیمی افزایش یابد و امنیت شهری/شهروندی تضمین شود. یکی از مزایای برنامه کوپرنیک این است که داده ها و اطلاعات تولید شده در چارچوب کوپرنیک به صورت رایگان به تمام کاربران و عموم مردم ارائه می شود و به همین جهت امکان توسعه سرویس های پایین دست را فراهم می کند. خدمات ارائه شده توسط Copernicus شامل شش زمینه اصلی است: جو، دریا، زمین، اقلیم، خدمات فوری و امنیت.
کوپرنیک بر مبنای سه مولفه تشکیل شده است:
  • بخش فضایی (ماهواره های پایشی و بخش زمینی مرتبط با مأموریت هایی که پارامترهای زمین، پارامترهای جوی و اقیانوس شناسی را پایش می کنند). شامل دو نوع ماموریت ماهواره‌ای، پنج عضو از خانواده Sentinel اختصاصی (ماموریت های فضایی) و ماموریت های دیگر سازمان های فضایی که ماموریت‌های اشتراکی نامیده می‌شوند.
  • اندازه گیری های در محل (In-Situ) (شبکه‌های جمع آوری داده‌های زمینی و هوایی که اطلاعات مربوط به اقیانوس‌ها، سطح قاره‌ها و جو زمین را ارائه می دهند).
  • خدمات توسعه یافته و مدیریت شده توسط کوپرنیک که به کاربران آن و عموم به صورت جامع ارائه شده است.
ماموریت‌های پایش زمین
ماموریت‌های اختصاصی Sentinel
آژانس فضایی اروپا در حال حاضر، هفت ماموریت تحت برنامه Sentinel را توسعه می دهد. ماموریت های Sentinel عبارتند از: رادار و تصویربرداری فوق طیفی جهت پایش زمین، اقیانوس و اتمسفر. هر ماموریت Sentinel شامل یک منظومه دو ماهواره‌ای است و مأموریت های Sentinel اهداف زیر را دنبال خواهند کرد:
  • Sentinel-1 دارای یک آنتن تصویربردار راداری است که در تمام شرایط آب و هوایی، روز و شب جهت پایش زمین و اقیانوس، خدمت ارائه خواهد داد. اولین ماهواره Sentinel-1A در 3 آوریل 2014 به فضا پرتاب شد و ماهواره دوم Sentinel-1B در 25 آوریل 2016 در مدار قرار گرفت.
  • Sentinel-2 تصویربرداری اپتیکی با قدرت تفکیک متوسط برای پایش زمین (مانند تصاویر پوشش گیاهی، پوشش خاک و آب، آبراه داخلی و ساحلی) را فراهم می کند. Sentinel-2 نیز اطلاعاتی را جهت خدمات سریع ارائه می دهد. اولین ماهواره Sentinel-2 در 23 ژوئن 2015 و ماهواره Sentinel-2B در تاریخ 7 مارس 2017 به فضا پرتاب شد.
  • Sentinel-3 خدمات اکتشافی اقیانوس و زمین را فراهم می‌کند. اولین ماهواره Sentinel-3A در تاریخ 16 ژانویه 2016 و Sentinel-3B در تاریخ 25 آپریل 2018 نیز در مدار قرار گرفتند.
  • Sentinel-4، که به عنوان یک محموله بر روی ماهواره نسل سوم Meteosat طراحی شده است، داده‌هایی را جهت پایش ترکیبات لایه‌های جوی جمع آوری خواهد کرد که شروع ارسال این ماهواره در سال 2023 خواهد بود.
  • Sentinel-5 Precursor زیرمجموعه ای از مجموعه سنجنده Sentinel 5 است که در تاریخ 13 اکتبر 2017 راه اندازی شد و هدف اصلی این ماموریت کاهش شکاف داده‌ها (به ویژه مشاهدات اتمسفر SCIAMACHY) در فاصله زمانی از بین رفتن ماهواره ENVISAT در سال 2012 و راه اندازی Sentinel-5 در سال 2021 است و اندازه گیری‌ها توسط طیف‌سنج Tropomi انجام خواهد شد.
  • Sentinel-5 دادههایی را جهت پایش ترکیبات جوی جمع‌آوری می‌کند. این سنجنده در سال 2021 به فضا پرتاب خواهد شد.
  • Sentinel-6 سعی خواهد کرد تا اندازه‌گیری‌های دقیق و مداومی را از سطح دریا (با استفاده از تکنیک ارتفاع سنجی ماهواره‌ای) ودر ادامه ماموریت ماهواره Jason-3 انجام دهد. Sentinel-6A، همچنین به عنوان ادامه دهنده خدمات سری Jason) (Jason Continuity of Service (Jason-CS) شناخته می شود. طبق برنامه ریزی‌های انجام شده در ماه نوامبر سال 2020 توسط SpaceX Falcon 9 از Vandenberg SLC-4 در مدار قرار خواهد گرفت.
همانطور که از توضیحات بالا مشخص است مجموعه ماهواره‌ های پایشی برنامه کوپرنیک داده‌ها و تصاویر ارزشمندی را از کلیه عوامل تاثیرگذار بر زیست کره به صورت رایگان در اختیار جامعه کاربران قرار می‌دهد. در موضوع مطالعات و پایش کیفیت آب نیز قابلیت‌های فراوانی دارد و مطالعات زیادی در این حوزه در حال اجرا می‌باشد. با توجه به ویژگی‌ های فنی مناسب از بعد قدرت تفکیک مکانی و زمانی و همچنین رایگان بودن تصاویر این مجموعه از ماهواره‌ها، در حال حاضر مناسب ترین انتخاب برای استفاده در انواع کاربرد‌های مرتبط با منابع آب می‌باشد.

جمع‌بندی
پایش و مدیریت کیفیت منابع آب بحث پیچیده‌ای است که نیازمند داده و اطلاعات دقیق، قابل اعتماد و به روز از انواع متغیرها و پارامترهای تاثیرگذار بر آن است. در بعد آلودگی ضرروریست مجموعه عوامل زیادی تحت پایش و کنترل منظم قرار گیرد. تعدادی از این عوامل به صورت مستقیم و بعضی دیگر به صورت غیرمستقیم در آلودگی منابع آب نقش دارند. منابع آب زیرزمینی نیازمند اندازه‌گیری‌های دقیق و دوره‌ای متغیرهای مرتبط با کیفیت آب هستند. تصاویر سنجش از دوری در این بخش به صورت مستقیم کاربرد ندارند ولی به صورت غیرمستقیم با مطالعه دیگر پارامترها و متغیرها (مانند الگوی کشاورزی منطقه، سلامت پوشش گیاهی منطقه، وجود انواع سایت‌های دفن زباله، وجود شهرک‌های صنعتی و ... ) می‌توان تخمینی از وضعیت کیفی منابع آب زیرزمینی ارائه داد.
عمده پتانسیل و توانمندی تصاویر ماهواره‌ای در مطالعه منابع آب، به آب‌های سطحی مربوط می‌شود. در این بخش تصاویر ماهواره‌ای با توجه به ویژگی‌هایی مانند پوشش مکانی وسیع، تصویربرداری متوالی و در بازه‌های زمانی کوتاه مدت و سهولت دسترسی به اطلاعات با هزینه بسیار پایین، قابلیت‌های فراوانی برای مطالعات و بررسی‌های مرتبط با این منابع دارد و ضروری است استفاده عملی و کاربری از تصاویر ماهواره‌ای در این مقوله مدنظر قرار گیرد.

کلیدواژه ها: سنجش از دور | مدرسه سنجش از دور | سازمان فضایی ایران | کیفیت آب | مقطع کاربرد | آلودگی آب | تصاویر ماهواره ای |



CAPTCHA

دفعات مشاهده: 158 بار   |   دفعات چاپ: 5 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر